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我曾观看2008年的电影《走钢丝的人》（Man on Wire ）。该电影是为了纪念菲利普·珀蒂（Philippe Petit）于1974年在世贸中心的双子塔之间400米长的距离间高空行走。这在当时是一个壮举，吸引了多数如我一样的纽约客，并且这在全球也是轰动一时。我很欣赏菲利普的冒险精神、他的表演与技巧。但是菲利普并不是仅仅用螺钉在双塔的墙壁上将钢丝拴一拴，然后就在上面摇摇晃晃地走起来。编舞者伊丽莎白·斯特布向我展示了一本约3厘米厚的书，里面记录了菲利普在安装钢丝之前在她的工作室所进行的绘图和计算。这样我才理解了确保菲利普行走计划稳定性中的准备和重点。菲利普是一个“自学成才的工程师”，他这样开玩笑地称呼自己。只有在细致地研究和应用已知的物理定律，来理解他所采用的材料的性质之后，他才准备好走钢丝。当然在成功之前，菲利普不能确定他已经把所有因素都考虑周全，但是毫无疑问他所考虑的所有东西是足够的。
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如果你发现这种程度的专注很难让人相信，那么你可以环顾四周。人们往往被那些不论是意义大还是意义小的活动所吸引。你的邻居喜欢做填字游戏，你的朋友为运动节目所着迷，地铁上的人因为看书太专心而坐过站，更不用说你也许会花上无数小时的时光来打游戏了。
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那些心系研究的人却幸运得多，因为他们所从事的赖以为生的事业刚好与他们所心仪的兴趣（或者可以说至少他们不愿意错过的东西）相重合。在这个领域中的专业人员一般都有舒心的想法（尽管可能是虚幻的），那就是他们所研究的东西可能具有永恒的意义。科学家倾向于认为我们肩负着揭示世界真理的使命。我们也许没有时间玩填字游戏，但是我们非常希望能花更多的时间在一个研究课题上面，特别是一个与更大的图像和更大的目标相关的一个课题。真实的工作可能包含与玩游戏或者观看体育比赛相同的关注力。[1] 但是科学家很可能在开车时或者夜晚躺上床以后继续思考研究的问题。这种花在项目上的经年累月的付出当然与其认为“研究很重要”的信仰无法分开——哪怕很少有人能够理解（至少在研究初始之时）他们，哪怕他们的研究最终可能会被证明是错误的。
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最近出现了一个热门的话题：质疑与生俱来的创造力和天赋，并将成功归于早期的经历和训练。在《纽约时报》的一个专栏中，大卫·布鲁克斯（David Brooks）总结了近来关于此话题的几本书：“我们相信，莫扎特拥有的是与老虎伍兹一样的能力——长时间的专注力与进一步提升技能的意愿。”[2] 毕加索是他引用的另一个例子。毕加索是一个古典艺术家的儿子，在得天独厚的环境中，他从小就在绘画方面崭露头角。比尔·盖茨也拥有卓尔不凡的机会。马尔科姆·格拉德威尔（Malcolm Gladwell）在他的书《异类》（Outliers ）[3] 中提到，比尔·盖茨就读的西雅图高中是极少的一所具有计算机俱乐部的中学，以及盖茨后来在华盛顿大学如何有机会长时间地使用计算机终端。格拉德威尔暗示，盖茨的机会比他的驱动力和天赋更重要，并促成了他的成功。
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的确，早期的专注力和练习使得方法和技巧成为许多创造性的基础。如果你有疑难需要解决，你希望花尽可能少的时间在那些基础上面。而一旦技能（数学或者知识）成为第二本质，你可以在需要它们时马上轻易地召唤出它们。这种深埋的技能常常在底层层面上不断运作，甚至在它们向你的头脑推出什么好想法之前也是如此。不单单只有一个人曾经在睡梦中解决了问题。拉里·佩奇（Larry Page）告诉我，建立谷歌的想法在脑海中形成的那一刻就发生在某次睡梦中，不过那已经是他在考虑该问题的数月之后的事情了。人们总是将灵感归功于“直觉”，而没有意识到在那些欢呼雀跃时刻的背后，隐藏了多少准备的时间以及多少细致的研究 。
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因此，布鲁克斯与格拉德威尔毫无疑问在某些方面是正确的。如果没有付出与练习带来的对技能与强度的磨炼，即使有技能与天赋，它们也不会让你走得更远。但是在年轻时的机遇与系统训练并不是全部，这种观点忽略了强有力的专注与练习的能力本身就是一种技能。能从他们之前所做的事情中学习，并能将积累的经验置于头脑之中的特殊人群，更可能从学习与重复中学到更多的东西。不管是在科学研究中还是在其他领域的创造性追求中，这种倾向使得专心与关注最终会获得成效。
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时装品牌CK（Calvin Klein）最早的香水名称是“Obsession”，这绝非偶然。正因其创造人卡尔文·克莱恩的痴迷，才获得了成功。即使高尔夫职业选手在经过无数次重复练习之后能够完美地挥动球杆，我也不相信每个人都可以做到一千次击球而不会变得厌烦与沮丧。我一个爱登山的朋友凯·津恩（Kai Zinn）会走不同的艰难路线（用行话来说，是硬5.13s级[81] ），他记忆细节与行动的速度都比我快得多。当他走过同一条路线10次以后，他为此获益良多。这让他的忍耐力更强。我在重复中会变得非常厌烦，因此停留在中级登山水平上；而凯知道应该从重复中学习什么，因此他的登山水平不断提高。布封（原名乔治-勒克莱尔[Georges-Louis Leclerc]）是18世纪的博物学家、数学家与作家，他简洁地总结了这种能力：“天才只不过是更大的耐心。”不过我还要补充一条：天才同时也根源于对缺乏进展的不耐。
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一沙一世界
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练习、专业训练与动力对于科学研究来说都是至关重要的，但是它们不构成所有必需的要素。自闭症患者（更不用说一些学者以及更多的官僚主义者）常常展现出极高水平的技术技能，然而却缺乏创造力与想象力。要想见证没有其他品质支撑的驱动与技术成果的局限性，只需去看场电影就知道了。动画片中的人物（或物体）与人物（或物体）的搏击场景处理得非常连贯，给人的印象深刻，但是它们鲜少有创造力来吸引人，因此即使伴随着灯光与响声，我也常常中途睡着。
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于我来说，最能吸引我的是那些提出了重大问题与真实想法，却又将它们应用在我们可以欣赏与领会的小例子中的电影。电影《卡萨布兰卡》是关于爱国主义与爱情、战争与忠诚的影片，即便主人公里克（Rick）提醒伊尔莎（Ilsa）“不难看出问题所在。在这个疯狂的世界中，三个小人物撑不起一座山”，这三个小人物也是我被该片深深吸引的原因。
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在科学中同样如此，正确的问题常常总是来自大景象与小图像两个方面。我们想回答的是大问题，而我们可以处理的是小问题。确定出大问题往往还不够，因为通常解决了较小的问题才能更进一步。正如盐湖城尺度会议的会名（见第3章）对我们的提醒，伽利略很早就领会到了的“一沙一世界”（出自威廉·布莱克的诗《天真的预言》）。
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对于每一个有创造力的人来说，不可或缺的一种本领是：能够提出正确问题的能力 。他们可以分辨出对于取得进步来说有潜力的、刺激的、最重要的以及可行的方法，最终正确地将问题建构出来。最好的科学往往综合了覆盖面宽广以及显著的问题，同时又集中在一些人们非常想解决的明显的细节或者具体问题上面。有时这些小问题或者小矛盾恰好是取得关键性进展的线索。
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达尔文进化论的想法源于鸟类与植物学的一些细小观测。水星的近日点进动也不是一个实验错误，相反它暗示了牛顿物理定律是有局限性的。该测量最后成为爱因斯坦引力理论的一个确证。这些断层与矛盾也许对某些人来说看似太小或者太模糊，但是它们对于那些找对了问题的人来说，却成了新观念与新想法的入口。
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爱因斯坦甚至没有一开始就着手理解引力。他曾试图理解那时正处于发展阶段的电磁理论的含义。他关注那些与所有人认为的时空对称性特异的或者甚至矛盾的方面，结果颠覆了我们的思考方法。爱因斯坦相信该结果是合理的，他凭着远见与毅力从中探索可能是正确的东西。
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近来的研究也显示了这样的关系。理解为什么某些相互作用不会在超对称理论中产生，对某些人来说可能看似非常技术化。我的同事大卫·卡普兰（David B.Kaplan）于20世纪80年代在欧洲讨论这种问题时，就常被人取笑。但是该问题结果成为超对称与超对称破缺新灵感的丰富来源，它甚至引领了新的想法，而大型强子对撞机的实验物理学家现在正准备对其进行检验。
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我很坚信宇宙是自洽的，任何偏差意味着新东西将被发现。在华盛顿特区举行的创意基金（Creativity Foundation）的会议中，我表达了这种观点，之后一个博客友好地将此解释成我标准很高。但实际上，对宇宙自洽性的信仰，可能是许多科学家在决定研究主题时的动力源泉 。
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我认识的许多有创造力的人都有能力同时提出几个问题与想法。任何人都可以用谷歌查找资料，但是除非你能将事实与想法巧妙地结合起来，否则你可能不会发现新东西。来自不同方向稍微有所争执的想法，通常会催生新的联系或者灵感或者诗歌（这恐怕是“创造力”一词最早被应用的领域）。
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很多人倾向于一条道路走到底。但是这也意味着一旦他们被困住或者发现道路不明确，他们的追寻也就终止了。与许多作家以及艺术家一样，科学家也时常在迂回曲折的道路上取得进展，他们通常并不能一条道路走到底。我们也许理解一个难题的某些部分，暂时将我们不理解的搁置一旁，希望以后再来把漏洞填补。只有很少人能通过持续的阅读来理解一个理论的全部。我们必须相信自己最终可以将理解的内容拼接起来，因此我们可以忍受一开始跳过一些内容，以后当我们掌握了更多知识或者有更广博的眼界时，再回过头来考虑它们。文献或者结果可能最初看似不可理喻，但是无论如何我们会坚持读完。当发现自己无法理解的一些东西时，我们先忽略它们而一直读到末尾，把疑问先拣选出来，最后再回过头来看那些我们不理解的地方。为此我们必须有足够的耐性来坚持研究我们所知道的与不知道的领域。
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托马斯·爱迪生的一句名言是：“天才是百分之一的灵感，加百分之九十九的汗水。”近代微生物学奠基人路易·巴斯德（Louis Pasteur）也说过：“在观察事物之际，机遇偏爱有准备的头脑。”献身科学事业的科学家有时也因此而发现他们正在找寻的答案。但是他们也可能发现问题的答案与最初的目标相去甚远。亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）一开始并没有寻找治疗炎症的药物。他发现，一种霉菌可以把他正在研究的葡萄球菌的菌群杀死，从而意识到它潜在的医学效用，尽管他和很多人花了10年才将盘尼西林（即青霉素）研制成一种强有力的药物，而这种药物改变了世界。
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附加效益常常来自一个范围宽广的基础问题的储备中。当我和拉曼·桑卓姆一起研究超对称时，我们结果发现了弯曲的额外维度，它可以解决等级问题。之后在刻苦钻研此问题，并将之放置于一个更广阔的情景中时，我们又发现了可以存在一维无穷大的额外维度弯曲空间，而且与任何已知的物理定律或者观测都不相矛盾。我们此前已经研究了粒子物理学——这可是完全不同的题目，但是我们把大景象和小图像都放在脑海中。甚至在专注于更抽象的问题，例如理解标准模型弱能标的等级问题时，我们也保持着对空间本质这个大问题的警觉。
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这种特殊研究的另一个重要特征是，桑卓姆和我都不是相对论专家，因此我们在展开研究时，思维很开阔。我们都没有（其他人也没有）猜想过爱因斯坦的引力理论允许一个不可见的无穷大维度的存在，一直到方程让我们看到了其中的可能。我们千辛万苦地寻求方程的结果，而没有意识到以前无穷大的额外维度曾被认为是不可能的。
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即使如此，我们也没有马上相信我们的工作是正确的。桑卓姆和我没有盲目投身到额外维度这个疯狂的想法中去。只有当我们与其他许多科学家已经尝试了许多传统的方法之后，跳脱出经典时空观的藩篱才合情合理。虽然额外维度是一个奇异的、全新的提议，但爱因斯坦的相对论理论仍然适用。因此我们凭着方程与数学方法来理解我们所假想的宇宙的可能情况。
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人们接着从该研究中假设的额外维度的结论出发，发现了一些新的物理想法，甚至可能在没有额外维度的宇宙中也适用。通过与此正交的（orthogonal）思考方式，物理学家意识到他们以前没有完全想到的可能性。这帮助了他们跳出了三维空间的思维定势。
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任何人在面对新基础时，在完全处理一个问题之前不得不面对一些不确定性。即便从一个已经存在的坚实的知识平台出发，人们在考察新现象的过程中会在所难免地遭遇未知和不确定因素——虽然不及高空走钢丝那样危险。然而这些空中冒险家与艺术家和科学家一样，致力于“勇踏前人未至之境”[82] 。但是这种勇气并非意气用事或者匹夫之勇，它没有忽视以前的成功法门，尤其是当新的领域涉及起初显得不可能的新想法或者看似疯狂的实验时。研究人员竭尽所能地做好充分的准备。规则、方程、直觉对于理论的自洽性很有帮助。这些线索有助于我们跨越到新的领域之中。
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我的一个同事马克·卡米科维斯基（Marc Kamionkowski）说过：“有雄心和有远见是好的。”但是在这之前的诀窍是确定可行的目标。一个获奖的商科专业学生在创意基金活动期间报告说，最近经济增长升级成经济泡沫的部分原因正是出于一个创意。但是他也注意到，缺乏相应的约束也造成了泡沫的崩溃。
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